DE102019114498A1

DE102019114498A1 - Wafer-Solarzelle, Solarmodul und Verfahren zur Herstellung der Wafer-Solarzelle

Info

Publication number: DE102019114498A1
Application number: DE102019114498.1A
Authority: DE
Inventors: Martin Schaper
Original assignee: Hanwha Q Cells GmbH
Current assignee: Hanwha Q Cells GmbH
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2020-12-03
Also published as: CN114175278A; WO2020239175A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wafer-Solarzelle (100), aufweisend- ein Halbleiter-Substrat (1) mit einer Vorderseite (11) und einer Rückseite (12),- mindestens eine auf der Rückseite (12) angeordnete Funktionsschicht (2), die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus- mindestens einer dielektrischen Schicht,- mindestens einer halbleitenden Schicht,- mindestens einer transparent-leitenden Schicht,- eine monolithisch ausgebildete Lichtreflexionsschicht (3), die auf einer von der Rückseite (12) abgewandten Seite der mindestens einen Funktionsschicht (2) angeordnet ist und ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus- einer Schicht mit einem Brechungsindex, der kleiner als 1,7 ist,- einer im Infraroten weißen Schicht, mit einer Reflexion von über 80% bei 1000nm Wellenlänge und- einer homogenen Metallschicht, und- eine Metallpartikel-haltige Metallisierungsschicht (4),die auf einer von der mindestens einen Funktionsschicht (2) abgewandten Seite der Lichtreflexionsschicht (3) angeordnet ist.Ferner betrifft die Erfindung ein Solarmodul, das mehrere solcher Wafer-Solarzellen (100) aufweist und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Wafer-Solarzelle (100).

Description

Die Erfindung betrifft eine Wafer-Solarzelle, ein Solarmodul und ein Verfahren zur Herstellung der Wafer-Solarzelle.
Eine Wafer-Solarzelle weist ein prozessiertes Halbleiter-Substrat auf, oftmals in Form eines Silizium-Wafers, mit einer Vorderseite und einer Rückseite, auf denen jeweils zusätzlich zu den im Inneren des Halbleitersubstrats vorhandenen p-n-Schichten weitere funktionale Schichten angeordnet sind. Die Wafer-Solarzelle ist ein elektrisches Bauelement, das auf ihre Vorder- und bei Bifacialzellen ebenfalls auf die Rückseite einfallendes Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umwandelt. Zur kommerziellen Nutzung dieses Effekts werden miteinander verschaltete Wafer-Solarzellen in einem Solarmodul verbaut. Ein solches Solarmodul weist üblicherweise eine Glasscheibe auf, auf der als so genannte Strings elektrisch miteinander verschaltete Wafer-Solarzellen angeordnet sind, die rückseitig mit einer dauerhaft wetterbeständigen Kunststofffolie oder alternativ mit einer weiteren Glasscheibe abgeklebt und somit verkapselt sind. Die Wafer-Solarzellen sind zwischen die Glasscheibe und der Kunststofffolie bzw. zweiten Glasscheibe beispielsweise unter Verwendung von EVA (Ethylenvinylacetat) oder als anderes Beispiel unter Verwendung von Polyolefin als Einbettungspolymer einlaminiert. Die Glasscheibe bildet eine Solarmodul-Vorderseite des Solarmoduls aus, auf die Licht einfällt, und die wetterbeständige Kunststofffolie bzw. zweite Glasscheibe bildet eine Solarmodul-Rückseite aus.
Auf der Rückseite des Halbleiter-Substrats ist mindestens eine Funktionsschicht ausgewählt aus der Gruppe aus dielektrische Schicht(en), halbleitende Schicht(en) und/oder transparent-leitende Schicht(en) angeordnet. Dabei ist wichtig zu betonen, dass üblicherweise eine Mehrzahl von Funktionsschichten vorhanden sind, wobei es sich dabei um eine Mehrzahl dielektrischer, halbleitender oder transparent-leitender Schichten handelt oder um eine Kombination mehrerer dieser Varianten. Auf der mindestens einen Funktionsschicht ist weiterhin eine ganzflächige oder eine nicht ganzflächig, d.h. strukturiert ausgebildete Metallisierungsschicht angeordnet. Zum Beispiel im Falle so genannter PERC Solarzellen sind die mindestens eine Funktionsschicht üblicherweise in Form mehrerer dielektrischer Schichten zum Beispiel so ausgeführt, dass die Metallisierungsschicht zur Kontaktierung des Halbleiter-Substrats auf einem Teil der Fläche durch die dielektrischen Schichten hindurch das Halbleiter-Substrat kontaktiert und auch ein die Funktion der Wafer-Solarzelle optimierendes, so genanntes lokales Back Surface Field kurz BSF unter den Kontaktierungsbereichen ausbildet. In einem anderen Beispiel wie beim Einsatz von passivierten Kontakten wie TOPCON oder Heterojunction Solarzellen, liegt die Metallisierungsschicht auf den halbleitenden und/oder transparent-leitenden Rückseitenschichten auf und die Schichten selbst sind so gestaltet, dass diese einen Ladungstransport vom Halbleitersubstrat zum Rückseiten-Metallkontakt ermöglichen. Diese Metallisierungsschicht wird üblicherweise mittels Metallpartikel-haltiger Pasten auf das Halbleiter-Substrat aufgebracht. Die aufgebrachte Paste wird anschließend „gefeuert“, d.h. einem Wärmebehandlungsschritt unterzogen. Während des Feuerns versintern die Metallpartikel der Paste zu einer makroskopisch homogen erscheinenden Schicht. Mikroskopisch ist diese Metallisierungsschicht jedoch inhomogen ausgebildet.
Der Ausdruck „inhomogen“ bedeutet für eine Rückseiten-Metallisierungsschicht im Rahmen dieser Erfindung, dass mikroskopisch betrachtet zwischen Metall-Partikeln, die ungleichmäßig in der Schicht verteilt sind, mit Luft oder anderen Stoffen wie Glas gefüllte Zwischenräume ausgebildet sind. Die Metallpartikel weisen durchschnittlich Ausmaße im Bereich von wenigen bis vielen Dutzend Mikrometern auf. Diese Metallpartikel versintern durch den genannten Wärmebehandlungsschritt zu der mikroskopisch inhomogenen Metallisierungsschicht.
Licht, das von der Vorderseite auf die Wafer-Solarzelle einfällt, tritt durch das Halbleiter-Substrat hindurch, sofern die Lichtphotonen nicht durch den photoelektrischen Effekt absorbiert werden. Das Licht, das das Halbleiter-Substrat einmal durchlaufen hat, kann aus dem Bereich der Rückseite der Wafer-Solarzelle zurück in das Halbleiter-Substrat reflektiert werden und erneut die Möglichkeit erhalten, dort absorbiert zu werden. Diese Licht- oder auch Rückreflexion wird insbesondere durch die rückseitigen Funktionsschichten und durch die Grenzfläche dieser zu dem Metallkontakt bzw. anderer angrenzenden Schichten bewirkt. Diese Reflexion ist jedoch von der zur Herstellung der Metallisierungsschicht verwendeten Präkursor-Metallisierungsschicht abhängig und relativ schlecht. Dies führt zu inhärenten Verlusten im Kurzschlussstrom (Jsc) auf Zellebene. Ebenso wird in nicht metallisierten Bereichen die Rückreflexion durch die Verkapselungsmaterialien ggü. dem Übergang zu Luft nachteilig beeinflusst. Daher können zusätzliche Jsc-Verluste entstehen, wenn die Wafer-Solarzellen zu einem Solarmodul verkapselt werden. Diese rückseitigen Reflexionseigenschaften sind umso wichtiger, je dünner das Halbleiter-Substrat der Wafer-Solarzelle ist, da der Anteil des im ersten Durchgang durch das Halbleitersubstrat absorbierten Lichts mit abnehmender Waferdicke abnimmt und damit der Anteil des an der Waferrückseite ankommenden Lichts mit abnehmender Waferdicke zunimmt.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Wafer-Solarzelle, ein Solarmodul und ein Verfahren zur Herstellung der Wafer-Solarzelle bereitzustellen, die weiter verbesserte Kurzschlussstrom-Eigenschaften aufweisen.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch eine Wafer-Solarzelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Solarmodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 und ein Verfahren zur Herstellung der Wafer-Solarzelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Unteransprüchen.
Die Erfindung betrifft eine Wafer-Solarzelle, aufweisend

- ein Halbleiter-Substrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite,
- mindestens eine auf der Rückseite angeordnete Funktionsschicht, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus
- - mindestens einer dielektrischen Schicht,
- - mindestens einer halbleitenden Schicht,
- - mindestens einer transparent-leitenden Schicht,
- eine monolithisch ausgebildete Lichtreflexionsschicht, die auf einer von der Rückseite abgewandten Seite der mindestens einen Funktionsschicht angeordnet ist und ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus
- - einer Schicht mit einem Brechungsindex, der kleiner als 1,7 ist,
- - einer im Infraroten weißen Schicht, mit einer Reflexion von über 80% bei 1000nm Wellenlänge und
- - einer homogenen Metallschicht, und
- eine Metallpartikel-haltige Metallisierungsschicht, die auf einer von der mindestens einen Funktionsschicht abgewandten Seite der Lichtreflexionsschicht angeordnet ist.

Mittels dieses Aufbaus aufweisend eine monolithisch ausgebildete Lichtreflexionsschicht werden optische Änderungen in der Rückseitenmetallisierung von den Solarzelleneigenschaften entkoppelt, und die Lichtreflexion kann unabhängig von dem für die Herstellung des Solarmoduls eingesetzten Laminatmaterial erfolgen. Mit der Lichtreflexionsschicht wird eine zusätzliche, gut lichtreflektierende Schicht in die Solarzellenstruktur eingebracht, um das Licht, das das Halbleiter-Substrat einmal durchlaufen hat, zurück in das Halbleiter-Substrat zu bringen und somit den Kurzschlussstrom der Solarzelle zu erhöhen. Die Lichtreflexionsschicht ist bevorzugt so ausgebildet, dass diese entweder vorliegt in Form einer Schicht mit einem Brechungsindex, der kleiner als 1,7 ist, oder in Form einer im Infraroten weißen Schicht, mit einer Reflexion von über 80% bei 1000nm Wellenlänge oder in Form einer homogenen Metallschicht.
Im Rahmen dieser Erfindung ist eine homogene Metallschicht in Abgrenzung zu der Metallpartikel-haltigen rückseitigen Metallisierungsschicht zu betrachten. Die - auch mikroskopisch - homogen ausgebildete Metallschicht ist dazu üblicherweise im monolithischen Verbund durch ein geeignetes Abscheideverfahren wie z.B. physikalische und/oder chemische Abscheidung über die Gasphase hergestellt worden.
Bei dem Halbleiter-Substrat handelt es sich bevorzugt um ein Silizium-Wafer-Substrat. Das Silizium-Wafer-Substrat kann mono- oder multikristallin ausgebildet sein.
Die mindestens eine Funktionsschicht kann eine oder mehrere dielektrische Schichten aufweisen. Bei der mindestens einen auf der Rückseite angeordneten dielektrischen Schicht handelt es sich bevorzugt um eine transparente Passivierung. Bevorzugter handelt es sich bei der mindestens einen auf der Rückseite angeordneten dielektrischen Schicht um eine NIR- (Nah-Infrarot-) transparente Passivierungsschicht(en). Bevorzugt ist die mindestens eine dielektrische Schicht als eine oder mehrere AlOx-Schichten, eine oder mehrere SiNx-Schichten und/oder eine oder mehrere SiNxOy-Schichten ausgebildet. Bevorzugter weist die Wafer-Solarzelle die AlOx-Schicht und die SiNx-Schicht als auf der Rückseite angeordnete dielektrische Schichten auf, wobei die AlOx-Schicht zwischen dem Halbleiter-Substrat und der SiNx-Schicht angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Wafer-Solarzelle daher als PERC Solarzelle ausgebildet. Ein Brechungsindex der AlOx-Schicht liegt bevorzugt im Bereich von 1,5 bis 1,7. Bevorzugt liegt der Brechungsindex der SiNx-Schicht im Bereich von 1,9 bis 2,4. Bevorzugt liegt der Brechungsindex der SiOxNy-Schicht im Bereich von 1,5 bis 1,9. Alle beschriebenen Brechungsindizes sind nach DIN bei einer Wellenlänge von 632nm gemessen.
Die mindestens eine Funktionsschicht kann alternativ eine oder mehrere halbleitende Schichten aufweisen. Bei der mindestens einen auf der Rückseite angeordneten halbleitenden Schicht handelt es sich bevorzugt um eine dotierte Schicht, um eine Ladungsträgerselektivität zu erzeugen. Bevorzugt ist die mindestens eine dotierte halbleitende Schicht als Schichtstapel mehrerer Schichten ausgeführt, die unterschiedliche oder auch keine Dotierkonzentrationen enthalten und oder dielektrische und halbleitende Schichten aufweisen. Bevorzugt ist dabei eine undotierte Schicht dünn und direkt auf dem Halbleitersubstrat und darauf die dotierte halbleitende Schicht angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist die dotierte halbleitende Schicht in Kombination mit einer bevorzugt dünnen dielektrischen Schicht, bevorzugt AlOx, SiOx oder SiCx, zwischen der dotierten halbleitenden Schicht und dem Halbleiter-Substrat ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich sind eine oder mehrere SiNx-Schichten bevorzugt auf der vom Halbleiter-Substrat abgewandten Seite der dotierten halbleitenden Schicht(en) und/oder eine oder mehrere SiNxOy-Schichten auf der vom Halbleiter-Substrat abgewandten Seite der dotierten halbleitenden Schicht(en) ausgebildet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Wafer-Solarzelle daher ausgebildet als TOPCON oder Heterojunction Solarzelle, die auch als HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin layer) Solarzelle bezeichnet wird. Die Schichtdicke der Schicht zwischen der dotierten halbleitenden Schicht und dem Halbleiter-Substrat beträgt bevorzugt einen bis zu wenige nm. Der Brechungsindex der dotierten halbleitenden Schicht liegt bevorzugt zwischen 3,6 und 4,6. Bevorzugt liegt der Brechungsindex der SiNx-Schicht im Bereich von 1,9 bis 2,4. Bevorzugt liegt der Brechungsindex der SiOxNy-Schicht im Bereich von 1,5 bis 1,9. Alle beschriebenen Brechungsindizes sind nach DIN bei einer Wellenlänge von 632 nm gemessen.
In einer ersten Variante ist die monolithisch ausgebildete Lichtreflexionsschicht als eine Schicht mit einem Brechungsindex kleiner als 1,7 ausgebildet. Zur Realisierung einer monolithisch ausgebildeten Lichtreflexionsschicht, die als eine Schicht mit einem Brechungsindex kleiner als 1,7 ausgebildet ist, können mikroskopisch inhomogene Glaskügelchen-Luftgemische eingesetzt werden. Die monolithisch ausgebildete Lichtreflexionsschicht, ist bevorzugt als eine Schicht mit einem Brechungsindex ausgebildet, der kleiner als 1,5 und noch weiter bevorzugt kleiner als 1,3 ist. Alle beschriebenen Brechungsindizes sind nach DIN bei einer Wellenlänge von 632 nm gemessen. Eine derartige Schicht ist durch den realisierten Sprung des Brechungsindexes lichtreflektierend ausgebildet. Dadurch werden optische Änderungen in der Rückseitenmetallisierung beispielsweise beim Verkapselungsvorgang des Solarmoduls von den Solarzelleneigenschaften entkoppelt.
In einer zweiten Variante ist die monolithisch ausgebildete Lichtreflexionsschicht als eine im Infraroten weißen Schicht mit einer Reflexion von über 80% bei 1000nm Wellenlänge ausgebildet. Die monolithisch ausgebildete Lichtreflexionsschicht, die als eine im Infraroten weißen Schicht ausgebildet ist, ist bevorzugt mit einer Reflexion von über 60% bei 1000nm Wellenlänge noch bevorzugter von über 40% bei 1000nm Wellenlänge ausgebildet. Eine derartige Schicht ist ebenfalls lichtreflektierend ausgebildet. Dadurch werden optische Änderungen in der Rückseitenmetallisierung beispielsweise beim Verkapselungsvorgang des Solarmoduls von den Solarzelleneigenschaften entkoppelt.
In einer dritten Variante ist die monolithisch ausgebildete Lichtreflexionsschicht als eine homogene Metallschicht ausgebildet. Im Sinne der Erfindung ist eine homogene Metallschicht eine mikroskopisch homogene Schicht aus Metall, d.h., eine Metallschicht, die ohne Zwischenräume oder Lücken gebildet ist. Eine homogene Metallschicht kann z.B. durch PVD-Verfahren wie Sputtern oder Aufdampfen realisiert werden. Der Ausdruck „homogen“ bedeutet, dass in einer mikroskopischen Betrachtung keine Metall-Partikel erkennbar sind und diese daher auch mikroskopisch betrachtet gleichmäßig erscheint. Die Metallschicht ist bevorzugt glatt d.h. spiegelnd oder im Wesentlichen glatt ausgebildet. Die Metallschicht stellt starke Lichtreflexionseigenschaften bereit.
Die rückseitige Metallisierungsschicht ist durch eine Paste mit darin enthaltenen mikroskopischen Metallpartikeln realisiert. Daher ist die als Metallpartikel-haltige Metallisierungsschicht bezeichnet. Die Metallisierungsschicht weist bevorzugt Aluminiumpartikel und/oder Silberpartikel auf. Die Metallisierungsschicht ist bevorzugt eine Ag- (Silber-) Schicht bevorzugter eine Al- (Aluminium-) Schicht oder eine Mischung von Al-(Aluminium) und Si- (Silizum). Die Metallisierungsschicht ist bevorzugt mittels einer Pastenmetallisierung und einem anschließenden Feuerschritt erzeugt. Dadurch wird eine makroskopisch homogene aber mikroskopisch inhomogene Schicht aus Metall gebildet. Die mikroskopisch inhomogene Schicht weist Metall-Partikel auf, zwischen denen sich Zwischenräume befinden, die mit Luft oder Glas gefüllt sind. Verursacht durch einen mit Hitze- und Druckeinwirkung einher gehenden Einlaminierungs-Vorgang der zu Strings verschalteten Solarmodule kann in die genannten Zwischenräume auch das für die Laminierung zum Einsatz kommende Einbettungspolymer wie z.B. EVA eindringen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lichtreflexionsschicht als die im Infraroten weiße Schicht als eine Weißpigment-haltige Schicht ausgebildet. Das Weißpigment ist bevorzugt als ein Titandioxid-Partikel ausgebildet. Die Weißpigmente können beispielsweise per Siebdruck, Sprüh- oder Rollverfahren aufgebracht werden. Eine derartige Schicht ist derart lichtreflektierend ausgebildet, dass optische Änderungen in der Rückseitenmetallisierung, beispielsweise verursacht durch den Laminierungsprozess bei der Herstellung von Solarmodulen, von den Solarzelleneigenschaften effektiv entkoppelt werden.
In einer der bevorzugten Ausführungsformen ist die Lichtreflexionsschicht als eine mikroskopisch poröse Schicht ausgebildet. D.h., die Lichtreflexionsschicht weist Poren in Form feiner Löcher auf und kann dadurch für Fluide zumindest teilweise durchlässig sein. Sie kann offen oder geschlossen porös sein.
Bevorzugt weist die Lichtreflexionsschicht mindestens 30% SiOx auf. Die Lichtreflexionsschicht kann zum Beispiel eine derartige Menge an SiOx Partikeln aufweisen, die von ihrer Größe bevorzugt hinreichend klein sind, so dass sie zusammen mit sich zwischen den SiOx Partikeln befindender Luft einen effektiv niedrigeren Brechungsindex als SiOx selbst erzeugen. Dadurch kann eine Lichtreflexionsschicht mit einem Brechungsindex kleiner als 1,7, bevorzugt kleiner als 1,5, bevorzugter kleiner als 1,3 realisiert werden. Die Lichtreflexionsschicht mit einem Brechungsindex kleiner als 1,7, bevorzugt kleiner als 1,5, bevorzugter kleiner als 1,3 kann zum Beispiel per Rollverfahren, Siebdruck, Sprühen oder Tauchen auf die mindestens eine Funktionsschicht aufgebracht werden.
In der zweiten und dritten Variante ist die Lichtreflexionsschicht opak ausgebildet. Dadurch ist der Effekt der Lichtreflexion unabhängig von den optischen Eigenschaften des Einbettungspolymers, das während der Herstellung des Solarmoduls in Zwischenräume zwischen den Metall-Partikeln der Metallisierungsschicht eindringt. Der Ausdruck „opak“ bedeutet lichtundurchlässig oder im Wesentlichen lichtundurchlässig.
Die Metallisierungsschicht ist in einer bevorzugten Ausführungsform derart ausgebildet, dass sie an mehreren Stellen durch die Lichtreflexionsschicht und durch die mindestens eine Funktionsschicht hindurch lokale elektrische Kontakte ausbildet. In dieser Ausführungsform ist sie beispielsweise als PERC-Zelle ausgebildet.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Lichtreflexionsschicht derart ausgebildet, dass sie elektrisch leitend ist, so dass ein großflächiger elektrischer Kontakt zwischen der Metallisierungsschicht und der mindestens einen Funktionsschicht besteht. Das ist der Aufbau des so genannten TOPCON Solarzellen-Konzeptes. Üblicherweise sind in dieser Ausführungsform keine lokalen elektrischen Kontakte vorhanden, die durch die Funktionsschicht hindurchgreifen, sondern die Funktionsschicht hat hinreichende elektrische Leitungseigenschaften, so dass es für die Rückseitenkontaktierung der Wafer-Solarzelle ausreicht, die Funktionsschicht zu kontaktieren. Wenn dann auch die die Funktionsschicht und die Lichtreflexionsschicht elektrisch leitfähig sind, fließt der Strom durch Rückseitenmetallisierung, Lichtreflexionsschicht und Funktionsschicht zum/vom Halbleiter-Substrat.
Bei einer Heterojunction Solarzelle sind auf dem Halbleiter-Substrat bevorzugt eine oder mehrere Schichten aus dotiertem und intrinsischem, amorphen Silizium sowie TCO (transparent-leitfähige Oxidschichten) als transparente halbleitende Schicht zur Aufnahme des erzeugten Stroms aufgebracht. Die mindestens eine Funktionsschicht weist in dieser Ausführungsform bevorzugt TCO auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Wafer-Solarzelle als PERC Solarzelle ausgebildet. Alternativ bevorzugt ist die Wafer-Solarzelle als TOPCON Solarzelle ausgebildet. Weiterhin alternativ bevorzugt ist die Wafer-Solarzelle als Heterojunction Solarzelle ausgebildet ist.
Bevorzugt weist die mindestens eine Funktionsschicht mindestens eine dielektrische Schicht auf. Die mindestens eine dielektrische Schicht ist bevorzugt aus einer AlOx-Schicht und einer SiNx-Schicht ausgebildet. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, wenn die Wafer-Solarzelle als PERC Solarzelle ausgebildet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine Funktionsschicht mindestens eine halbleitende Schicht auf, wobei die mindestens eine halbleitende Schicht aus amorphem oder mikrokristallinem Silizium ausgebildet ist. Dadurch kann die Funktionsschicht besonders dünn ausgebildet sein und ist zudem kostengünstig. Eine derartige Schicht kann durch Sputtern, Vakuumaufdampfen, CVD, APCVD oder PECVD realisiert werden.
Bevorzugt weist die mindestens eine Funktionsschicht die mindestens eine halbleitende Schicht auf, wobei die mindestens eine halbleitende Schicht mit einem aus der folgenden Gruppe ausgewählten Element dotiert ist:

Phosphor, Bor, Gallium oder Aluminium. Dadurch kann der Wirkungsgrad der Wafer-Solarzelle weiterhin verbessert werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine Funktionsschicht mindestens eine halbleitende Schicht und mindestens eine dielektrische Schicht auf, wobei die mindestens eine dielektrische Schicht zwischen der mindestens einen halbleitenden Schicht und dem Halbleiter-Substrat ausgebildet ist.
Bevorzugt weist die mindestens eine Funktionsschicht mindestens eine dielektrische Schicht auf und ist die mindestens eine dielektrische Schicht mit einer Dicke von weniger als 5 nm bevorzugt weniger als 3 nm als Tunnelschicht ausgeführt. D.h., Ladungsträger können durch diese Schicht tunneln. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Wafer-Solarzelle als TOPCON Solarzelle ausgebildet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine Funktionsschicht mindestens eine transparent-leitende Schicht auf, wobei die mindestens eine transparent-leitende Schicht aus mindestens einem TCO (transparent conductive oxide, transparent-leitfähiges Oxid) ausgebildet ist, wobei das mindestens eine TCO bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus:

ZnO (Zinkoxid), ITO (indium tin oxide, Indium-Zinn-Oxid), AZO (aluminum doped zinc oxide, Aluminium-Zink-Oxid), ATO (antimony tin oxide, Antimon-Zinn-Oxid) und FTO (fluoro tin oxide, Fluor-Zinn-Oxid). Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, wenn die Wafer-Solarzelle als Heterojunction Solarzelle ausgebildet ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine Funktionsschicht mindestens eine halbleitende Schicht auf, wobei die mindestens eine halbleitende Schicht aus zwei Schichten aufgebaut ist, die sich in ihrer Dotierstoffkonzentration unterscheiden. Bevorzugt ist die schwächer oder nicht dotierte Schicht mit einer Schichtstärke von weniger als 5 nm bevorzugt weniger als 3 nm ausgeführt. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, wenn die Wafer-Solarzelle als TOPCON oder Heterojunction Solarzelle ausgebildet ist. Mittels der dotierten Schicht wird eine Ladungsträgerselektivität erzeugt. Bevorzugt ist die mindestens eine dotierte halbleitende Schicht als Schichtstapel mehrere-Schichten ausgeführt, die unterschiedliche oder auch keine Dotierkonzentrationen enthalten und oder dielektrische und halbleitende Schichten aufweisen. Bevorzugt ist dabei eine undotierte Schicht direkt auf dem Halbleiter-Substrat und darauf die dotierte halbleitende Schicht angeordnet. Alternativ oder zusätzlich bevorzugt ist eine dielektrische Schicht, bevorzugt AlOx, SiOx, SiCx, zwischen der dotierten halbleitenden Schicht und dem Halbleiter-Substrat angeordnet. Alternativ oder zusätzlich sind eine oder mehrere SiNx- oder SiNxOy-Schichten bevorzugt auf der vom Halbleitersubstrat abgewandten Seite der dotierten halbleitenden Schicht angeordnet. Der Brechungsindex der dotierten halbleitenden Schicht liegt bevorzugt zwischen 3,6 und 4,6. Bevorzugt liegt der Brechungsindex der SiNx-Schicht im Bereich von 1,9 bis 2,4. Bevorzugt liegt der Brechungsindex der SiOxNy-Schicht im Bereich von 1,5 bis 1,9. Alle beschriebenen Brechungsindizes sind nach DIN bei einer Wellenlänge von 632 nm gemessen.
Als Halbleiter-Substrat der Wafer-Solarzelle kommt bevorzugt Silizium zum Einsatz. Die Wafer-Solarzelle in einer der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen mit einem Halbleiter-Substrat lässt sich zusammen mit einer Solarzelle aufgebaut aus einem Perowskit-Substrat zu einer Tandem-Solarzelle kombinieren. Eine Tandem-Solarzelle, auch als Stapelsolarzelle, Mehrfachsolarzelle bezeichnet, besteht aus zwei oder mehr Solarzellen aus verschiedenen Materialsystemen, die übereinandergestapelt sind.
Die Wafer-Solarzelle weist bevorzugt auf der Vorderseite eine Emitterschicht und/oder eine Passivierschicht auf. Bevorzugt weist sie auf der Vorderseite Frontelektrodenfinger und Busbars beispielsweise aus Silber auf. In dieser Ausführungsform ist die Wafer-Solarzelle bevorzugt eine PERC Solarzelle. Alternativ können auf der Vorderseite z.B. ebenfalls TOPCON-artige, Heterojunction- oder TCO-Übergänge angeordnet sein, sowie für eine Tandemstruktur noch eine weitere Solarzelle z.B. auf Perowskit-Basis auf der Vorderseite angeordnet sein.
Die Erfindung betrifft ferner ein Solarmodul mit einer Vorderseite und einer Rückseite, aufweisend

- eine die Vorderseite bildende Glasscheibe oder eine Kunststoff-Folie oder eine Kunststoff-Platte,
- ein Rückseiten-Verkapselungselement, das als Einbettungspolymer entweder ein EVA oder ein Polyolefin aufweist, und
- mehrere Wafer-Solarzellen nach einer oder mehrerer vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, die zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Solarmoduls einlaminiert sind.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Wafer-Solarzelle, aufweisend folgende Schritte

a) Bereitstellen eines Halbleiter-Substrats mit einer Vorderseite und einer Rückseite und einem im Halbleiter-Substrat angeordneten p-n-Übergang oder einem an das Halbleiter-Substrat angrenzend aufgebrachten p-n-Übergang,
b) Aufbringen mindestens einer Funktionsschicht auf der Rückseite des Halbleiter-Substrats, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus
- - mindestens einer dielektrischen Schicht,
- - mindestens einer halbleitenden Schicht und
- - mindestens einer transparent-leitenden Schicht,
c) Aufbringen einer monolithisch ausgebildeten Lichtreflexionsschicht auf einer von der Rückseite abgewandten Seite der mindestens einen Funktionsschicht, wobei die Lichtreflexionsschicht ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus
- - einer Schicht mit einem Brechungsindex, der kleiner als 1,7 ist, gemessen nach DIN bei einer Wellenlänge von 632nm,
- - einer im Infraroten weißen Schicht, mit einer Reflexion von über 80% bei 1000nm Wellenlänge und
- - einer homogenen Metallschicht, und
d) Aufbringen einer Metallpartikel-haltigen Metallisierungsschicht auf eine von der mindestens einen Funktionsschicht abgewandten Seite der Lichtreflexionsschicht.

Zu der Wafer-Solarzelle offenbarte Ausführungsformen und Beschreibungen gelten für das Verfahren entsprechend um umgekehrt gelten zum Verfahren offenbarte Ausführungsformen und Beschreibungen für die Wafer-Solarzelle entsprechend.
Gemäß Schritt a) wird ein Halbleiter-Substrat bereitgestellt. Bei dem bereitgestellten Halbleiter-Substrat handelt es sich bevorzugt um eine teilprozessierte Halbleiter-Solarzelle. Die teilprozessierte Halbleiter-Solarzelle stellt ein Halbzeug dar, das schon einen oder mehrere aber noch nicht alle Prozessschritte zur Herstellung der PERC bzw. TOPCON oder Heterojunction Solarzelle durchlaufen hat. Die Halbleiter-Solarzelle wird üblicherweise aus einem Halbleiter-Wafer hergestellt. Zur Bereitstellung des Halbleiter-Wafers werden üblicherweise Halbleiter-Einkristalle oder polykristalline Halbleiter-Blöcke hergestellt und beispielsweise durch Sägen in Scheiben zerteilt. Aus einem derartigen Halbleiter-Wafer wird das in Schritt a) bereitgestellte Halbleiter-Substrat bzw. die teilprozessierte Halbleiter-Solarzelle hergestellt. Der Halbleiter-Wafer wird beispielsweise folgenden Schritten zur Herstellung des Halbleiter-Substrats unterzogen: Ein- oder beidseitige Texturierung (zur Vergrößerung der Oberfläche und Erhöhung der Lichtaufnahme), anschließend Dotierung zur Ausbildung eines p/n-Übergangs durch Ausführung eines Diffusionsprozesses. Das in Schritt a) bereitgestellte Halbleiter-Substrat ist bevorzugt den vorstehenden Schritten unterzogen worden, wenn das Endprodukt eine PERC Solarzelle ist. Bevorzugt ist das in Schritt a) bereitgestellte Halbleiter-Substrat weiterhin den Schritten Kantenisolation und/oder PSG-Ätze unterzogen worden, wenn das Endprodukt eine PERC Solarzelle ist. Alternativ kann das Halbleiter-Substrat sägeschadengeätzt sein und Textur-frei sein, beispielsweise wenn das Endprodukt eine Tandem-Solarzelle ist. Wenn das Endprodukt eine Heterojunction Solarzelle ist und evtl. bei transparent-leitenden Kontakten, kann es sich bei dem Halbleiter-Substrat um eine teilprozessierte Solarzelle handeln, bei der ein p-n Übergang durch Aufbringen von separaten Schichten erzeugt ist.
Weiterhin kann die in Schritt a) bereitgestellte Halbleiter-Solarzelle auf der Vorderseite beschichtet sein. Beispielsweise kann die in Schritt a) bereitgestellte Halbleiterwafer-Solarzelle auf der Vorderseite eine Emitterschicht aufweisen und/oder eine Passivierschicht und eine Frontelektrodenstruktur mit Frontelektrodenfingern und Busbars. Alternativ können auf der Vorderseite z.B. ebenfalls TOPCON-artige, Heterojunction- oder TCO-Übergänge angeordnet sein. Für eine Tandem-Solarzelle kann alternativ noch eine weitere Solarzelle z.B. auf Perowskit-Basis auf der Vorderseite angeordnet sein.
Der Schritt b) umfasst ein Abscheiden der mindestens einen Funktionsschicht auf dem Halbleiter-Substrat. Der Schritt b) kann mittels PVD oder CVD zum Beispiel mittels eines PECVD- (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition-) Verfahrens durchgeführt werden. Es ist aber auch möglich, eine oder mehrere dielektrische Schichten in Form von AlOx-Schicht(en) mittels „Atomic-Layer-Deposition“ (ALD) oder Mikrowellen-Remote-Plasma abzuscheiden. Die dielektrische(n) Schicht(en) dient bzw. dienen zur elektrischen Rückseitenpassivierung der Solarzelle. Das Aufbringen der Funktionsschichte(en) auf das Halbleiter-Substrats in Schritt b) wird bevorzugt vollflächig oder im Wesentlichen vollflächig durchgeführt. Bevorzugt wird die mindestens eine Funktionsschicht einseitig, also nur auf die Rückseite des Halbleiter-Substrats aufgebracht.
Das Aufbringen der Lichtreflexionsschicht auf die mindestens eine Funktionsschicht in Schritt c) wird bevorzugt vollflächig oder im Wesentlichen vollflächig durchgeführt. Bevorzugt wird die Lichtreflexionsschicht mittels Siebdrucks, Sprühen, Tauchen oder Rollverfahrens auf die Rückseite der mindestens einen Funktionsschicht aufgebracht.
Abhängig von den Eigenschaften der Lichtreflexionsschicht und der Metallisierungsschicht kann das Aufbringen einer zusätzlichen Schutzschicht vor der Abscheidung der Metallisierungsschicht notwendig sein und entsprechend erfolgen.
Der Schritt d) wird bevorzugt mittels Aufbringens einer Metallpaste und einem anschließenden Feuerschritt durchgeführt. Als Metallpaste wird bevorzugt eine Ag-Paste, Al-Paste oder eine Al/Si-Paste eingesetzt. Derartige Metallpasten weisen Metall-Partikel, Binde- und Lösemittel und optional eine Glasfritte wie beispielsweise SiO2, B2O3 und/oder ZnO auf. Die Metallpasten weisen üblicherweise Metall-Partikel Durchmessern von 1 bis 40 µm auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Schritt c) unter Anwendung eines aus der folgenden Gruppe ausgewählten Prozessen durchgeführt:

- Drucken bevorzugt Siebdruck oder Tampondruck
- Sprühen
- Tauchen
- Rollen
- PVD (physical vapour deposition) bevorzugt Sputtern, und
- CVD (chemical vapour deposition) bevorzugt APCVD (atmospheric pressure chemical vapour deposition).

Bevorzugt werden vor dem Schritt d) mehrere Löcher mittels eines Lasers in die Lichtreflexionsschicht oder in die Lichtreflexionsschicht und in die mindestens eine Funktionsschicht eingebracht, so dass das Halbleiter-Substrat an mehreren Stellen lokal zumindest von der Lichtreflexionsschicht frei ist. Diese Löcher werden auch als LCO (Laser Contact Openings) bezeichnet. Dadurch kann eine Kontaktierung der anschließend aufgebrachten Metallisierungsschicht mit dem Halbleiter-Substrat auf einfache Weise sichergestellt werden. Mittels dieser Ausführungsform kann beispielsweise eine PERC-Solarzell-Architektur realisiert werden.
Alternativ oder zusätzlich bevorzugt erfolgt der Schritt d) unter Beschichtung der Lichtreflexionsschicht mit einer Metallpaste, die derartig ausgebildet ist, dass sie beim Feuern einen Kontakt zum Substrat und/oder zur Funktionsschicht ausbildet. Beispielweise wird die Metallpaste in die Löcher und bevorzugt auch vollflächig auf die Lichtreflexionsschicht aufgebracht und dann gefeuert. Alternativ wird die Metallpaste lokal auf die Lichtreflexionsschicht aufgebracht und ist ausgebildet, sich beim Feuern durch die Lichtreflexionsschicht und ggf. Funktionsschicht „hindurchzufressen“. Metallpasten, die geeignet sind, sich durch Schichten „hindurchzufressen“, sind bekannt. Im letzteren Fall kann vor, gleichzeitig oder nach dem Aufbringen der den Kontakt bildenden Metallpaste eine weitere Metallpaste, die nicht ausgebildet ist, sich durch die Lichtreflexionsschicht hindurchzufressen sondern vielmehr eine Schicht auf ihr auszubilden, auf die Lichtreflexionsschicht aufgebracht werden und vor, gleichzeitig oder nach der sich durch die Lichtreflexionsschicht und ggf. Funktionsschicht hindurchfressenden Metallpaste gefeuert werden, wodurch die Metallisierungsschicht mit lokaler Kontaktierung zur mindestens einen Funktionsschicht oder dem Halbleiter-Substrat realisiert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Schritt d) unter Beschichtung der Lichtreflexionsschicht mit zwei verschiedenen Metallpasten und Feuern durchgeführt. Die eine Metallpaste ist eine glasfrittenfreie Metallpaste, während die andere Metallpaste eine Glasfritten-haltige Metallpaste ist. Die Glasfritten-haltige Metallpaste „frisst“ sich beim Feuern durch die Lichtreflexionsschicht und optional Funktionsschicht hindurch.
Weiterhin alternativ oder zusätzlich bevorzugt wird der Schritt c) unter Verwendung einer Siebdruckform durchgeführt, so dass das Halbleiter-Substrat mit der darauf befindlichen mindestens einen Funktionsschicht nach der Durchführung des Schrittes c) an mehreren Stellen lokal von der Lichtreflexionsschicht frei ist. Hierdurch kann eine Kontaktierung der anschließend aufgebrachten Metallisierungsschicht mit dem Halbleiter-Substrat auf einfache Weise gewährleistet werden.
Bevorzugt im Fall von TOPCON oder Heterojunction Solarzellen erfolgt die Kontaktöffnung nur durch die Lichtreflexionsschicht. Bevorzugter wird die Lichtreflexionsschicht so ausgeführt, dass eine vollflächige Kontaktierung durch sie hindurch erfolgt und keinerlei Öffnung der Lichtreflexionsschicht erforderlich ist. Dies hat den Vorteil, dass entweder Verfahrensschritte oder Materialien wie eine zusätzliche Metallpaste zur lokalen Kontaktbildung wegfallen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen rein schematisch und nicht maßstabsgerecht

1 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Wafer-Solarzelle;
2a bis 2e ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Wafer-Solarzelle gemäß 1;
3 eine Querschnittsansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Wafer-Solarzelle; und
4 eine Teil-Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Solarmoduls.

1 zeigt eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäße Wafer-Solarzelle. Die Wafer-Solarzelle weist ein Substrat 1 mit einer Vorderseite 11 und einer Rückseite 12 auf.
Auf der Rückseite 12 ist mindestens eine Funktionsschicht 2 in Form einer ersten Funktionsschicht 21 und einer zweiten Funktionsschicht 22 angeordnet. Die erste Funktionsschicht 21 ist zwischen der Rückseite und der zweiten Funktionsschicht 22 angeordnet. Die erste Funktionsschicht 21 und die zweite Funktionsschicht 22 sind ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer dielektrischen Schicht, einer halbleitenden Schicht und einer transparent-leitenden Schicht.
Die erste Funktionsschicht 21 ist beispielsweise als AlOx-Schicht ausgebildet, während die zweite Funktionsschicht 22 als SiNx-Schicht ausgebildet ist, ohne die in 1 gezeigte Wafer-Solarzelle auf diese Materialien einzuschränken. Auf einer von der ersten Funktionsschicht 21 abgewandten Seite der zweiten Funktionsschicht 22 ist eine Lichtreflexionsschicht 3 angeordnet. Auf einer von der zweiten Funktionsschicht 22 abgewandten Seite der Lichtreflexionsschicht 3 ist eine Metallisierungsschicht 4 angeordnet, so dass sie das Halbleiter-Substrat 1 an mehreren Stellen durch die Lichtreflexionsschicht 3 und die dielektrischen Schichten 21, 22 lokal kontaktiert. 1 zeigt daher eine PERC Solarzelle.
Auf der Vorderseite 11 ist eine Emitterschicht 6 angeordnet. Auf einer von der Vorderseite 11 abgewandten Seite der Emitterschicht 6 ist eine Passivierschicht 7 angeordnet. Weiterhin zeigt die Wafer-Solarzelle Frontelektrodenfinger 8 einer nicht weiter dargestellten Frontelektrodenstruktur.
Auf die Vorderseite 11 des Halbleiter-Substrats 1 einfallendes Licht 9 wird nur zum Teil im Halbleiter-Substrat 1 absorbiert. Der verbleibende Teil geht durch das Halbeiter-Substrat 1 durch und wird an der Lichtreflexionsschicht 3 reflektiert, was durch die schwarzen Pfeile angedeutet ist.
2a bis 2e zeigen ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Wafer-Solarzelle, wobei jeweils das Halbleiter-Substrat in einer Querschnittsansicht gezeigt ist.
2a zeigt eine Querschnittsansicht eines Halbleiter-Substrats 1, das einem Schritt a) unterzogen wird, der ein Bereitstellen des Halbleiter-Substrats 1 mit einer Vorderseite 11 und einer Rückseite 12 aufweist.
Gemäß Schritt a) wird ein Halbleiter-Substrat 1 mit einem im Halbleiter-Substrat 1 angeordneten p-n-Übergang bereitgestellt. Bei dem bereitgestellten Halbleiter-Substrat 1 handelt es sich um eine teilprozessierte Solarzelle. Die teilprozessierte Solarzelle ist beispielsweise ein- oder beidseitig texturiert, anschließend zur Ausbildung eines p/n-Übergangs dotiert und einem Diffusionsprozess ausgesetzt und/oder einer Kantenisolation und PSG-Ätze unterzogen worden, insbesondere wenn das Endprodukt eine PERC Solarzelle ist. Das in 2a gezeigte Halbleiter-Substrat 1 kann auch derart teilprozessiert sein, es sägeschadengeätzt und Textur-frei ist, beispielsweise wenn das Endprodukt eine Tandem-Solarzelle ist. Wenn das Endprodukt eine Heterojunction Solarzelle ist und evtl. bei transparent-leitendenden Kontakten, kann es sich bei dem Halbleiter-Substrat 1 auch um eine teilprozessierte Solarzelle handeln, bei der ein p-n Übergang durch Aufbringen von separaten Schichten erzeugt worden ist.
2b zeigt eine Querschnittsansicht eines Halbleiter-Substrats 1, das einem Schritt b) unterzogen wird, der ein Aufbringen der mindestens einen Funktionsschicht 2 in Form von einer ersten Funktionsschicht 21 und einer zweiten Funktionsschicht 22 auf die Rückseite 12 des Halbleiter-Substrats 1 aufweist. Die erste Funktionsschicht 21 und die zweite Funktionsschicht 22 sind jeweils ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer dielektrischen Schicht, einer halbleitenden Schicht, einer transparent-leitenden Schicht.
2c zeigt eine Querschnittsansicht eines Halbleiter-Substrats 1, das einem Schritt c) unterzogen wird, der ein Aufbringen einer Lichtreflexionsschicht 3 auf einer von der Rückseite 12 abgewandten Seite der zweiten Funktionsschicht 22 aufweist, wobei die Lichtreflexionsschicht 3 ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus

- einer Schicht mit einem Brechungsindex, der kleiner als 1,7 ist, gemessen nach DIN bei einer Wellenlänge von 632nm,
- einer im Infraroten weißen Schicht, mit einer Reflexion von über 80% bei 1000nm Wellenlänge und
- einer homogenen Metallschicht.

2d zeigt eine Querschnittsansicht eines Halbleiter-Substrats 1, das einem Schritt unterzogen wird, bei dem mehrere Löcher 5 mittels eines Lasers (nicht gezeigt) in die Lichtreflexionsschicht 3 und die Funktionsschichten 21, 22 eingebracht werden, so dass das Halbleiter-Substrat 1 an mehreren Stellen lokal von der Lichtreflexionsschicht 3 und den Funktionsschichten 21, 22 frei ist. Dieser Schritt d) ist optional. Er kann beispielsweise zur Herstellung einer PERC Solarzelle durchgeführt werden. Der in 2d gezeigte Schritt wird aber bei der Herstellung einer TOPCON oder Heterojunction Solarzelle nicht durchgeführt. Zudem wird der in 2d gezeigte Schritt ebenfalls nicht durchgeführt, wenn zur Herstellung einer PERC Solarzelle die lokalen Kontakte anderweitig hergestellt werden beispielsweise unter Verwendung einer Glasfritten-haltigen Metallpaste und Feuern.
2e zeigt eine Querschnittsansicht eines Halbleiter-Substrats 1, das einem Schritt d) unterzogen wird, der ein Aufbringen einer rückseitigen Metallisierungsschicht 4 auf eine von der dielektrischen Schicht 22 abgewandten Seite der Lichtreflexionsschicht 3 aufweist. 2e zeigt eine PERC Solarzelle, bei der die Metallisierungsschicht 4 derart ausgebildet ist, dass sie auf der Lichtreflexionsschicht 3 angeordnet ist und das Halbleiter-Substrat 1 an mehreren Stellen lokal kontaktiert. Das Verfahren eignet sich aber auch zur Herstellung einer TOPCON oder Heterojunction Solarzelle, bei denen die Metallisierungsschicht 4 das Halbleiter-Substrat 1 nicht lokal kontaktiert und die Funktionsschicht 2 und ggf. die Lichtreflexionsschicht 3 nicht lokal durchdringt, was hier aber nicht gezeigt ist.
3 zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Wafer-Solarzelle. Die in 4 gezeigte Wafer-Solarzelle entspricht der in 1 gezeigten Wafer-Solarzelle mit dem Unterschied, dass die Schichten und/oder Komponenten auf der Vorderseite 11, die anders als in 1 gezeigt ausgebildet sein können, weggelassen sind, und dass es sich nicht um eine PERC Solarzelle sondern eine TOPCON oder Heterojunction-Solarzelle handelt, bei der die Metallisierungsschicht 4 auf der Lichtreflexionsschicht 3 angeordnet ist, ohne die Lichtreflexionsschicht 3 und die Funktionsschicht 2 lokal zu durchdringen, so dass sie das Halbleiter-Substrat 1 nicht lokal kontaktiert. In einem weiteren Unterschied können alternativ auf der Vorderseite 11 z.B. auch Topcon-artige, Heterojunction- oder TCO-Übergänge denkbar sein. Eine Implementierung einer entsprechenden Architektur der Vorderseite 11 liegt im Können des Fachmanns und ist daher nicht weiter ausgeführt.
4 zeigt eine Teil-Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Solarmoduls. Das Solarmodul weist eine Vorderseite und eine Rückseite auf.
Die Vorderseite ist durch eine Glasscheibe 101 ausgebildet. Die Rückseite ist durch eine Rückseitenverkapselungsstruktur 103 ausgebildet. Zwischen der Glasscheibe 101 und der Rückseitenverkapselungsstruktur 103 sind mehrere Wafer-Solarzellen 100 angeordnet, die in ein Einbettungspolymer 102 aus EVA einlaminiert sind.
Bezugszeichenliste

1: Halbleiter-Substrat
11: Vorderseite
12: Rückseite
2: Funktionsschicht
21: erste Funktionsschicht
22: zweite Funktionsschicht
3: Lichtreflexionsschicht
4: Metallisierungsschicht
5: Loch
6: Emitterschicht
7: Passivierschicht
8: Frontelektrodenfinger
9: Licht
100: Wafer-Solarzelle
101: Glasscheibe
102: Einbettungspolymer
103: Rückseitenverkapselungsstruktur

Claims

Wafer-Solarzelle (100), aufweisend - ein Halbleiter-Substrat (1) mit einer Vorderseite (11) und einer Rückseite (12), - mindestens eine auf der Rückseite (12) angeordnete Funktionsschicht (2), die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus - mindestens einer dielektrischen Schicht, - mindestens einer halbleitenden Schicht, - mindestens einer transparent-leitenden Schicht, - eine monolithisch ausgebildete Lichtreflexionsschicht (3), die auf einer von der Rückseite (12) abgewandten Seite der mindestens einen Funktionsschicht (2) angeordnet ist und ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus - einer Schicht mit einem Brechungsindex, der kleiner als 1,7 ist, - einer im Infraroten weißen Schicht, mit einer Reflexion von über 80% bei 1000nm Wellenlänge und - einer homogenen Metallschicht, und - eine Metallpartikel-haltige Metallisierungsschicht (4), die auf einer von der mindestens einen Funktionsschicht (2) abgewandten Seite der Lichtreflexionsschicht (3) angeordnet ist.
Wafer-Solarzelle (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtreflexionsschicht (3) als die im Infraroten weißen Schicht ausgebildet ist und die im Infraroten weiße Lichtreflexionsschicht (3) als eine Weißpigment-haltige Schicht ausgebildet ist, wobei das Weißpigment bevorzugt als ein Titandioxid-Partikel ausgebildet ist.
Wafer-Solarzelle (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierungsschicht (4) derart ausgebildet ist, dass sie an mehreren Stellen durch die Lichtreflexionsschicht (3) und durch die mindestens eine Funktionsschicht (2) hindurch lokale elektrische Kontakte ausbildet.
Wafer-Solarzelle (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtreflexionsschicht (3) derart ausgebildet ist, dass sie elektrisch leitend ist, so dass ein großflächiger elektrischer Kontakt zwischen der Metallisierungsschicht (4) und der mindestens einen Funktionsschicht (2) besteht.
Wafer-Solarzelle (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als PERC Solarzelle, als TOPCON Solarzelle oder als Heterojunction Solarzelle ausgebildet ist.
Wafer-Solarzelle (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Funktionsschicht (2) mindestens eine dielektrische Schicht aufweist und diese dielektrische Schicht aus AlOx und SiNx ausgebildet ist.
Wafer-Solarzelle (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Funktionsschicht (2) mindestens eine halbleitende Schicht aufweist, wobei die mindestens eine halbleitende Schicht aus amorphem oder mikrokristallinem Silicium ausgebildet ist.
Wafer-Solarzelle (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Funktionsschicht (2) die mindestens eine halbleitende Schicht aufweist, wobei die mindestens eine halbleitende Schicht mit einem aus der folgenden Gruppe ausgewählten Element dotiert ist: Phosphor, Bor, Gallium oder Aluminium.
Wafer-Solarzelle (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Funktionsschicht (2) mindestens eine halbleitende Schicht und mindestens eine dielektrische Schicht aufweist, wobei die mindestens eine dielektrische Schicht zwischen der mindestens einen halbleitenden Schicht und dem Halbleiter-Substrat (1) ausgebildet ist.
Wafer-Solarzelle (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Funktionsschicht (2) mindestens eine dielektrische Schicht aufweist und die mindestens eine dielektrische Schicht mit einer Dicke von weniger als 5 nm bevorzugt weniger als 3 nm als Tunnelschicht ausgeführt ist.
Wafer-Solarzelle (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Funktionsschicht (2) mindestens eine transparent-leitende Schicht aufweist, wobei die mindestens eine transparent-leitende Schicht aus mindestens einem TCO ausgebildet ist, wobei das mindestens eine TCO bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus: ZnO, ITO, AZO, ATO und FTO.
Wafer-Solarzelle (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5 und 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Funktionsschicht (2) mindestens eine halbleitende Schicht aufweist, wobei die mindestens eine halbleitende Schicht aus zwei Schichten aufgebaut ist, die sich in ihrer Dotierstoffkonzentration unterscheiden.
Solarmodul mit einer Vorderseite und einer Rückseite, aufweisend - eine die Vorderseite bildende Glasscheibe (101) oder eine Kunststoff-Folie oder eine Kunststoff-Platte, - ein Rückseiten-Verkapselungselement, das als Einbettungspolymer (102) entweder ein EVA oder ein Polyolefin aufweist, und - mehrere Wafer-Solarzellen (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, die zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Solarmoduls einlaminiert sind.
Verfahren zur Herstellung einer Wafer-Solarzelle (100), aufweisend folgende Schritte a) Bereitstellen eines Halbleiter-Substrats (1) mit einer Vorderseite (11) und einer Rückseite (12) und einem im Halbleiter-Substrat (1) angeordneten p-n-Übergang oder einem an das Halbleiter-Substrat angrenzend aufgebrachten p-n-Übergang, b) Aufbringen mindestens einer Funktionsschicht (2) auf der Rückseite (12) des Halbleiter-Substrats (1), die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus - mindestens einer dielektrischen Schicht, - mindestens einer halbleitenden Schicht und - mindestens einer transparent-leitenden Schicht, c) Aufbringen einer monolithisch ausgebildeten Lichtreflexionsschicht (3) auf einer von der Rückseite (12) abgewandten Seite der mindestens einen Funktionsschicht (2), wobei die Lichtreflexionsschicht (3) ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus - einer Schicht mit einem Brechungsindex, der kleiner als 1,7 ist, - einer im Infraroten weißen Schicht, mit einer Reflexion von über 80% bei 1000nm Wellenlänge und - einer homogenen Metallschicht, und d) Aufbringen einer Metallpartikel-haltigen Metallisierungsschicht (4) auf eine von der mindestens einen Funktionsschicht (2) abgewandten Seite der Lichtreflexionsschicht (3).
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt c) unter Anwendung eines aus der folgenden Gruppe ausgewählten Prozessen durchgeführt wird: - Drucken bevorzugt Siebdruck oder Tampondruck - Sprühen - Tauchen - Rollen - PVD und - CVD bevorzugt APCVD
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt d) mehrere Löcher (5) mittels eines Lasers in die Lichtreflexionsschicht (3) oder in die Lichtreflexionsschicht (3) und in die mindestens eine Funktionsschicht (2) eingebracht werden, so dass das Halbleiter-Substrat (1) an mehreren Stellen lokal zumindest von der Lichtreflexionsschicht (3) frei ist und/oder dass der Schritt d) unter Beschichtung der Lichtreflexionsschicht (3) mit einer Metallpaste erfolgt, die derartig ausgebildet ist, dass sie beim Feuern einen Kontakt zum Substrat (1) und/oder zur Funktionsschicht (2) ausbildet und/oder dass der Schritt c) unter Verwendung einer Siebdruckform durchgeführt wird, so dass das Halbleiter-Substrat (1) mit der darauf befindlichen mindestens einen Funktionsschicht (2) nach der Durchführung des Schrittes c) an mehreren Stellen lokal von der Lichtreflexionsschicht (3) frei ist.